深海暴露卷焊鋁合金腐蝕試驗(yàn)研究

深海暴露卷焊鋁合金腐蝕試驗(yàn)研究

由于al-mg族雜交化合物強(qiáng)度高，耐水性好，因此在海洋工程中得到了廣泛應(yīng)用。大量研究表明,鋁合金的海水腐蝕既與合金自身有關(guān),又受海水環(huán)境因素的影響,甚至海水二氧化碳-碳酸鹽體系的變化也會(huì)影響鋁合金的海水腐蝕性能。本文在以往實(shí)海暴露及加工熱處理試驗(yàn)研究工作的基礎(chǔ)上,對(duì)以旋壓和卷焊2種工藝加工的LF6鋁合金圓筒結(jié)構(gòu)件,進(jìn)行實(shí)海浸泡試驗(yàn)。暴露試驗(yàn)結(jié)束后,將全部圓筒取回進(jìn)行后處理,并取小片試樣進(jìn)行掃描電鏡觀察,分析腐蝕規(guī)律及產(chǎn)生原因。1實(shí)驗(yàn)1.1預(yù)熱到400400用三旋輪非對(duì)稱分布臥式臺(tái)力旋壓機(jī)進(jìn)行3道次熱旋成形,熱旋溫度為:預(yù)熱到300～330℃,第1道次280～310℃,第2道次200～250℃,第3道次為150℃。旋壓出的管材規(guī)格為d290.7mm(內(nèi)徑)×12mm(厚度)×500mm(長度)。1.2卷板焊接1.2.1確定常用的焊接材將厚5mm的板材卷成直徑為300mm,高為500mm的圓筒,選成分和LF6相近的專用焊絲將圓筒一端和厚3mm的同種板材焊接好。1.2.2表面處理1.2.2.1.堿性洗脫液的標(biāo)準(zhǔn)處理試樣在溫度為20℃,濃度為10%的NaOH溶液中堿洗2min,再用30%硝酸酸洗,隨后水洗干凈,最后用熱水洗凈,吹干。1.2.2.陽極氧化工藝氧化前堿洗除油2min,并進(jìn)行酸洗處理,以除去殘留在試樣表面的黑色掛灰。陽極氧化工藝的主要參數(shù)為180g/L硫酸,溫度20℃,電壓16V,電流密度1.3A/dm2,氧化時(shí)間30min,最后在90℃水中浸泡1min進(jìn)行封孔處理。在此條件下所形成的氧化膜的厚度約為10μm。1.2.2.試樣腐蝕試驗(yàn)化學(xué)銑切是把工件需要加工的表面露出來,非加工表面用耐蝕涂層保護(hù)起來,然后浸在化學(xué)腐蝕液中,以達(dá)到加工的目的。其加工步驟為:表面預(yù)處理※涂層保護(hù)※固化※刻型※腐蝕※清洗※去保護(hù)層。腐蝕溶液為250g/LNaOH溶液(Al含量為5～50g/L),加工溫度70～90℃,腐蝕速度0.02～0.05mm/min。每種狀態(tài)平行試樣2個(gè),將全部試樣投放16m深的廈門海域,暴露時(shí)間為1年。隨著從各種試樣上取下小塊進(jìn)行掃描電鏡觀察并測(cè)試成分。2結(jié)果與討論2.1試樣腐蝕狀況實(shí)海浸泡6個(gè)月后,試樣的宏觀形貌如圖1所示?？梢娫嚇拥母g有以下特點(diǎn):1)試樣上皆有海生物附著卷焊圓筒腐蝕輕微焊接熱影響區(qū)的腐蝕狀況與其它部分沒有明顯差別;3)旋壓試樣比卷焊試樣耐蝕性好。2.2微觀形態(tài)2.2.1腐蝕微觀片的制備實(shí)海浸泡1年后,旋壓鋁合金的腐蝕微觀形貌見圖2?？梢钥闯?旋壓鋁合金的晶粒呈長形片狀,并且晶粒比較細(xì)小,整體上呈片狀剝落腐蝕,剝落處腐蝕比較均勻。旋壓試樣上蝕坑平均深度為1.24mm,最大深度是1.50mm;但在卷板焊接試樣上蝕坑的平均深度為1.53～2.47mm,最大蝕坑深度為1.80～2.80mm。由此可見卷板焊接的LF6鋁合金圓筒上的腐蝕相對(duì)旋壓鋁合金圓筒的腐蝕嚴(yán)重得多。對(duì)于旋壓試樣,旋壓之前需對(duì)坯料和芯模預(yù)加熱到350℃左右,時(shí)間約需要1～1.5h,這無疑相當(dāng)于一次熱處理過程,因此旋壓鋁合金的耐腐蝕性要優(yōu)于卷焊鋁合金。對(duì)于卷板焊接LF6鋁合金圓筒來說,用不同方法處理表面,其腐蝕情況不盡相同。標(biāo)準(zhǔn)處理表面與化銑表面上腐蝕的程度相差不多,均比氧化處理表面的腐蝕嚴(yán)重。這是因?yàn)殛枠O氧化表面由于氧化保護(hù)膜的保護(hù)作用,只有輕微的腐蝕。圖3是標(biāo)準(zhǔn)處理表面卷焊試樣的腐蝕微觀相片?？梢?卷板焊接試樣不但有沿晶腐蝕,而且在晶粒內(nèi)還有方形的蝕坑,即發(fā)生了沿晶體學(xué)方向的腐蝕。2.2.2焊縫組織及腐蝕圖4所示為經(jīng)氧化表面處理卷焊試樣的腐蝕形貌,其中圖4(a)為焊縫區(qū)及熱影響區(qū)的微觀腐蝕形貌?？梢姾缚p上存在層狀的腐蝕產(chǎn)物膜,基本未受到腐蝕。表1所列數(shù)據(jù)也表明這一點(diǎn)。焊縫基體成分中鎂含量為5.23%,錳含量為0.50%,而焊縫上雜質(zhì)成分中硅、氯、硫含量偏高,說明焊縫上也有腐蝕,但這些點(diǎn)只是輕微貧鎂、錳,這證明焊縫腐蝕很輕微熱影響區(qū)的腐蝕產(chǎn)物膜相對(duì)厚且疏松沒有出現(xiàn)沿晶腐蝕,從成分看,熱影響區(qū)硅、氯、硫偏多,鎂、錳輕微貧化。標(biāo)準(zhǔn)處理表面的焊縫雖有裂紋的,但從成分上看,鎂與錳貧化并不嚴(yán)重,也說明焊縫基本未腐蝕。但離焊縫稍遠(yuǎn)處,有蝕坑,蝕坑中為晶界腐蝕,也有沿晶體學(xué)方向的腐蝕。圖4(b)是焊縫與筒體交界處的金相組織照片,其中暗區(qū)為基體,亮區(qū)為焊縫?？梢姾缚p與LF6均存在第二相但焊縫中夾雜要比中的少除了有大量β相析出外,還有密度較大的夾雜相,焊縫上的第二相排列規(guī)則(如圖5(a)所示),LF6基體上第二相排列雜亂(如圖5(b)所示),而且焊縫成分與LF6相近。這些保證了焊縫具有比基體更優(yōu)異的耐腐蝕性能。該合金存在富錳相的沿晶析出,這是該合金普遍呈現(xiàn)沿晶腐蝕的內(nèi)在原因。3腐蝕形貌及腐蝕環(huán)境1)旋壓成形的鋁筒耐蝕性能優(yōu)于卷板焊接鋁筒。前者呈現(xiàn)剝落腐蝕形貌,剝落處腐蝕比較均勻;后者則呈現(xiàn)沿晶腐蝕形貌。2)受到陽極氧化保護(hù)膜的保護(hù)作用,陽極氧化的鋁筒試樣較標(biāo)準(zhǔn)